Figura 1. El metano está compuesto por un átomo de carbono y cuatro átomos de hidrógeno. Es el hidrocarburo más simple. Haga clic en la foto para vista más grande y crédito de foto.
Figura 2a. Grupo de arqueas anaeróbicas que consumen metano (rojo) y las bacterias reductoras de sulfato (verde). Este grupo de células ha sido marcado con dos sondas de ARN ribosomal, a las cuales se asocian a dos grupos específicos de moléculas fluorescentes y al asociarse al ARN aparecen como diferentes colores cuando se ve con un microscopio especial. Haga clic en la foto para vista más grande y crédito de foto.
Metano en el Océano
Monica Heintz
University of California, Santa Barbara
El metano (CH4) (figura 1) es el hidrocarburo más simple y es el componente principal del gas natural que se quema para producir energía. El metano es también el gas de efecto invernadero más importantes, tiene cerca de 23 veces el potencial de calentamiento atmosférico de dióxido de carbono cuando se libera en la atmósfera. Hay muchas fuentes de metano. Puede provenir de las actividades humanas, por ejemplo, de los cultivos, de los vertederos, el arroz y los animales como las vacas son fuentes de grandes volúmenes de metano. Otras grandes fuentes de metano, como el mar y los humedales, son naturales.
El metano se produce en el océano en dos formas principales, termogénicamente y biogénicamente. El metano termogénico se produce en lo profundo de los fondos marinos, cuando la materia orgánica es degradada por el calor de la Tierra. El metano biogénico se produce como un producto cuando un microorganismo llamado Archaea metanogénicas remineralizan la materia orgánica, estos microorganismos sólo puede producir metano en ambientes reductores. El metano termogénico y biogénico son químicamente idénticos, aunque sus señales de isótopos estables pueden variar. Los isótopos estables son moléculas que varían en el número de neutrones que poseen. Los estados estables (no radiactivo) del carbono son el carbono 12 (12C - 6 neutrones) y el carbono 13 (13C - 7 neutrones). El metano biogénico tiene proporcionalmente más 12C, mientras que el metano termogénico tiende a contener comparativamente más 13C. Esta característica permite a los científicos distinguir entre estas fuentes de metano, con el fin de aprender algo sobre la formación de metano en el ambiente. Además, tanto el metano termogénico como el biogénico tienen relativamente menos 13C que otras fuentes de carbono. Esta característica le permite a los científicos realizar un seguimiento del carbono que se deriva de metano.
Figura 2b. Tapices de comunidades microbianas quimiosintéticos asociadas a hidratos de metano frente a Santa Mónica, California. Los tapetes microbianos blanco y naranja contienen metanótrofos aeróbicos junto con otras bacterias quimiosintéticas. El espacio entre los tapíces está poblado de mejillones. Click image for larger view and credits.
Figura 3. Un grupo de mejillones Bathymodiolidos de un filtración de metano. Estos mejillones tienen la capacidad para albergar bacterias sulfuro-oxidantes y metanótrofas en sus branquias. Click image for larger view and credits.
Gran parte del metano (>80%) que esta siendo generado en los océanos de hoy es consumida por los microorganismos antes de que alcance la atmósfera. De esta manera, los microbios ayudan a la Tierra a mantener su equilibrio térmico. Hay dos grupos de microorganismos que se alimentan de metano, los dos son metanótrofos, pero hay algunas diferencias muy importantes. Las arqueas metanótrofas sólo pueden consumir metano donde no hay oxígeno disponible (por ejemplo, los ecosistemas reductores del fondo marino y la columna de agua en zonas de mínimo oxígeno) y debe tener un socio bacteriana que consume sulfato (figura 2A). Metanotrófos bacteriana (figura 2b) sólo pueden consumir el metano donde hay oxígeno disponible (la mayoría del agua en el océano y la capa superior de sedimentos), y funcionan en forma independiente. Las arqueas y las bacterias son organismos unicelulares, pero representan dos ramas separadas en el árbol de la vida.
Figura 5. Hidrato de metano se quema cuando es encendido. La imagen muestra la estructura del hidrato de metano. La molécula en verde y gris en el centro es el metano y la caja roja es la estructura del hielo. Click image for larger view and credits.
Además del importante trabajo de mantener bajo control el metano de los océanos y de la atmósfera, los metanótrofos hacen el carbono disponible para niveles tróficos superiores. Algunos animales marinos muy pequeños tienen la capacidad de alimentarse directamente de los metanótrofos, esto se llama pastoreo. Otros animales altamente especializados, como los mejillones (figura 3) y algunos gusanos de tubo, mantienen una población de metanótrofos en sus cuerpos. Este es un ejemplo de una relación simbiótica, donde el mejillón o gusano obtiene carbono de la metanotrofía y el metanótrofo obtiene un cómodo hogar. En el caso del pastoreo y en el caso de la incorporación de la simbiosis de carbono derivado del metano, puede ser seguido en función de su señal isotópica estable.
Solo un poco de metano de los océanos sale a la atmósfera, ha habido veces en el pasado geológico, cuando parece que los océanos tenían grandes emisiones de metano y sobrepasó la capacidad de los consumidores de metano microbianos, causando una gran cantidad de emisiones de metano de los océanos a la atmósfera. Los hidratos de metano dentro del fondo del mar (figura 4) son compuestos naturales, sensibles al cambio climático, un reservorio importante de metano y pueden haber sido los culpables en algunos períodos anteriores del aumento de la liberación de metano y el calentamiento global resultante. Hidrato de metano se forma cuando las moléculas de agua forma una jaula de hielo alrededor de una molécula de metano (Figura 5). En las áreas con un equilibrio correcto de la presión (alta), temperatura (bajo) y la concentración de metano (alta), el metano se encuentra naturalmente en esta forma (hidrato de gas) y puede quedar así por períodos muy largos de tiempo. Si la temperatura o las condiciones de presión cambian, puede producirse una desestabilización del hidrato de metano y esto resulta en la liberación de metano. Por esta razón, es importante comprender el ciclo del metano marino, para que podamos hacer predicciones de cómo el metano va a cambiar cuando el clima comienze a calentarse.
